基于云端的新型節(jié)能型空調(diào)

英家寶　李宋逸　呂志超　莊豫璽

摘 要：基于云端，以stm32為總控制器，提出了一種新型的具有加濕、新風(fēng)功能的節(jié)能型空調(diào)的設(shè)計(jì)方法。文章詳細(xì)介紹了基于云端的新型節(jié)能型空調(diào)的項(xiàng)目背景、項(xiàng)目功能、各模塊的具體運(yùn)作方式，并總結(jié)了設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)該方法可以達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：云端；stm32；節(jié)能型空調(diào)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）04-0017-02

Abstract： Based on Cloud and by using STM32 as the main controller， a new design method of energy-saving air conditioning with humidifying and fresh air function is proposed. This paper introduces the background of the project， the function of the project， the operation mode of each module， and summarizes the key points in the design. The method can achieve the desired energy-saving effect.

Keywords： Cloud； STM32； energy-saving air conditioning

1 項(xiàng)目背景

隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們愈發(fā)地重視家居的空氣環(huán)境。家用空氣調(diào)節(jié)器市場(chǎng)逐漸形成了由調(diào)控溫度的空調(diào)器、調(diào)控濕度的加濕器以及換風(fēng)改善空氣質(zhì)量的新風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成的三大塊。然而設(shè)備的單獨(dú)購(gòu)置、裝配和獨(dú)立運(yùn)行意味著制作、消費(fèi)成本的增加以及功耗的相互折損，不符于當(dāng)下的精簡(jiǎn)家居、節(jié)能減排的理念。

2 項(xiàng)目功能

（1）本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款具有加濕、新風(fēng)功能的家用空氣調(diào)節(jié)一體機(jī)裝置，集現(xiàn)有空調(diào)、加濕器、新風(fēng)系統(tǒng)三種電器功能為一體，在不降低用戶體驗(yàn)的條件下實(shí)現(xiàn)耗材節(jié)省、精簡(jiǎn)家居。并在使用過(guò)程中，通過(guò)聯(lián)合運(yùn)行、相互反饋，實(shí)現(xiàn)水資源的回收、能量的多級(jí)利用，最終達(dá)到節(jié)能減排、精簡(jiǎn)家居的目的。

（2）空調(diào)以stm32為總控制器，通過(guò)多個(gè)數(shù)據(jù)傳感器獲得空氣數(shù)據(jù)，空調(diào)根據(jù)溫濕度的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)加濕加熱?？照{(diào)可將空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)和空氣數(shù)據(jù)上傳至云端，實(shí)現(xiàn)云端數(shù)據(jù)監(jiān)控，云端將數(shù)據(jù)下發(fā)到手機(jī)APP，從而用戶可以隨時(shí)隨地掌握家庭室內(nèi)的狀況，并通過(guò)APP遠(yuǎn)程控制空調(diào)閥門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的加濕加熱，開(kāi)啟新風(fēng)等動(dòng)作。用戶在室外也可使用紅外遙控控制空調(diào)。從而實(shí)現(xiàn)任何網(wǎng)絡(luò)，任何時(shí)刻，任意地點(diǎn)對(duì)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)與數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和遠(yuǎn)程控制。

3 各模塊的具體運(yùn)作方式

（1）加濕功能：由于空調(diào)在制冷狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生冷凝水并排出，這一過(guò)程造成了室內(nèi)濕度的下降和冷量的流失，也是一種水資源的浪費(fèi)，為此我們將加濕組件精簡(jiǎn)內(nèi)置于空調(diào)中，通收集空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水，為加濕器提供加濕用水。實(shí)現(xiàn)水資源的回收利用。如圖1加濕組件所示。

（2）改良導(dǎo)風(fēng)板：將加濕器置入空調(diào)機(jī)腔內(nèi)部，加濕器產(chǎn)生的濕氣若在機(jī)腔中與空氣混合勢(shì)必會(huì)對(duì)空調(diào)內(nèi)部的各部元器件造成隱患且在蒸發(fā)器上遇冷再次液化，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一款改良導(dǎo)風(fēng)板，如上圖所示，將導(dǎo)風(fēng)板略增厚繼而鏤空，外緣設(shè)置出濕口。濕氣產(chǎn)生后通過(guò)封閉管道經(jīng)改良導(dǎo)風(fēng)板直接排往機(jī)腔之外，低成本地解決了上述問(wèn)題。

（3）新風(fēng)模塊：傳統(tǒng)的空調(diào)機(jī)只是獨(dú)立的室內(nèi)氣體的循環(huán)，為了保證新風(fēng)的及時(shí)補(bǔ)入，同時(shí)保證補(bǔ)入的新風(fēng)質(zhì)量，因此大多數(shù)家庭選擇購(gòu)置新風(fēng)系統(tǒng)。以雙貫流式新風(fēng)系統(tǒng)為例，需要兩個(gè)風(fēng)機(jī)分別負(fù)責(zé)室外風(fēng)的鼓入和室內(nèi)風(fēng)的抽出。而我們現(xiàn)有的空調(diào)器的室內(nèi)貫流式風(fēng)機(jī)和室外離心式風(fēng)機(jī)剛好可以擔(dān)當(dāng)此職能，兩者獨(dú)立購(gòu)置顯然是設(shè)備的贅余且運(yùn)行時(shí)意味著更多的能耗。為此，我們?cè)诳照{(diào)器上附加新風(fēng)模塊如圖2所示。

（4）總控制器：我們采用stm32f103c8t6作為空調(diào)的總控制器，此mcu具有64K的fLASH，多達(dá)7個(gè)定時(shí)器，多達(dá)2個(gè)SPI接口（18M位/秒），支持的外設(shè)：定時(shí)器、ADC、SPI、I2C和USART，多達(dá)80個(gè)快速I(mǎi)/O端口。其豐富的資源適合用來(lái)連接和控制更多的外設(shè)。

（5）云端連接：我們采用安信可的ESP8266模塊，通過(guò)機(jī)智云云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云端控制，將機(jī)智云的固件庫(kù)燒入ESP8266模塊中，在原程序中加入云平臺(tái)的通信協(xié)議，并在協(xié)議與源功能程序的接口處添加云控制的動(dòng)作程序，通過(guò)串口將數(shù)據(jù)和控制發(fā)送至ESP8266，WIFI路由器為中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)云與單片機(jī)的數(shù)據(jù)互傳。

（6）云平臺(tái)APP控制：在開(kāi)發(fā)好的原java框架添加可視化的圖形與數(shù)據(jù)控件，并編寫(xiě)控件對(duì)應(yīng)的功能程序，然后將這些程序與機(jī)智云協(xié)議接口連接，生成安裝文件，手機(jī)安裝后，先通過(guò)在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)ES8266設(shè)備與手機(jī)APP的配對(duì)，目的是告訴設(shè)備所連接的WIFI的密碼賬號(hào)，由此，以后就不需要再進(jìn)行配對(duì)了。從而實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)和APP的數(shù)據(jù)透?jìng)鳎栽破脚_(tái)為中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)APP和單片機(jī)之間的相互通信。

（7）OLED顯示：采用4線SPI控制方式的OLED，通過(guò)字模軟件得到要顯示的漢字與數(shù)字的字碼，利用模擬SPI通信將字碼傳入OLED的顯示寄存器，達(dá)到顯示空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的功能。

（8）溫濕度檢測(cè)：溫濕度檢測(cè)一體化的模塊，無(wú)需adc量化分析，自動(dòng)依次輸出8位的溫度與濕度的數(shù)據(jù)，通過(guò)進(jìn)制轉(zhuǎn)換得到環(huán)境溫濕度值。

其硬件連接圖如圖3：

（9）紅外控制：紅外信號(hào)采用NEC協(xié)議，載波頻率為38kHz；具有8位地址和8位指令長(zhǎng)度。先將特定的鍵值碼輸入遙控器的鍵值編碼寄存器，紅外遙控通過(guò)發(fā)送不同占空比的方波信號(hào)區(qū)分鍵值碼。用定時(shí)器判斷紅外接收頭解碼后紅外信號(hào)的占空比，從而識(shí)別不同的控制信號(hào)，并產(chǎn)生不同的動(dòng)作。

紅外解碼器的電路結(jié)構(gòu)如圖4：

（10）舵機(jī)的控制：舵機(jī)由內(nèi)部位置反饋減速齒輪組由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其輸出軸帶動(dòng)一個(gè)具有線性比例特性的位置反饋電位器作為位置檢測(cè)。當(dāng)電位器轉(zhuǎn)角線性地轉(zhuǎn)化為電壓并反饋給控制電路時(shí)，控制電路反饋信號(hào)與輸入的控制脈沖信號(hào)相比較，產(chǎn)生糾正脈沖，控制并驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中的舵機(jī)連接新風(fēng)閥門(mén)，可隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)來(lái)控制新風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)閉，進(jìn)而達(dá)到通風(fēng)、不通風(fēng)的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)利用云端，stm32及導(dǎo)風(fēng)板的改造達(dá)到新型的具有加濕、新風(fēng)功能的節(jié)能型空調(diào)的節(jié)能目的。但仍然存在不足，例如成本大、后期難維護(hù)等問(wèn)題，通過(guò)后期改進(jìn)能達(dá)到更好的效果。

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